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Elektronische Wirkstromzähler für die Stromtankstelle

Bild 1. Simon Evenblij ist Leiter der Kundenbetreuung bei der Firma Vrielmann

Bild 2. Die Ladestationen ICU für Elektrofahrzeuge kombinieren einfache Bedienung mit ansprechendem Design

Bild 3. Blick ins Innere der ICU-Ladestation: In der Mitte sind die beiden Wirkstromzähler für Wandleranschluss von Finder zu sehen; ganz oben ist die Steuerung inklusive Datenfernübertragung untergebracht

Bild 4. Zwei elektronische Wirkstromzähler aus der Serie 7E von Finder sind in den ICU-Ladestationen eingebaut

Die Elektromobilität steht als potenzielle Schlüsseltechnologie für den Verkehr zumindest in der Politik oben auf der Agenda. Die aktuelle Bundesregierung hat das Ziel ausgegeben, bis 2020 eine Million Elektrofahrzeuge auf die deutschen Straßen zu bringen. Die ersten Serienfahrzeuge der großen Automobilhersteller kommen zurzeit auf den Markt. Neben den Fahrzeugen selbst ist aber auch eine entsprechende Infrastruktur notwendig.

Im August 1888 unternahm Bertha Benz mit dem von ihrem Mann entwickelten und gebauten Benz-Patent-Motorwagen die erste Überlandfahrt von Mannheim nach Pforzheim. Um Treibstoff einzukaufen, hielt sie an der Stadtapotheke in Wiesloch bei Heidelberg. Diese gilt daher als die erste Tankstelle Deutschlands. Bis sich das heute übliche flächendeckende Tankstellennetz entwickelte, dauerte es jedoch noch einige Jahrzehnte.
Bei der Elektromobilität soll alles viel schneller gehen. Dabei ist es von großem Vorteil, dass die Infrastruktur zur Verteilung von elektrischer Energie vorhanden ist. Auf der anderen Seite sind entsprechende „Zapfsäulen“ für elektrische Energie deutlich komplexer, da der Ladevorgang viel länger dauert, als das Betanken eines Autos mit Benzin oder Diesel.

Alltagstaugliche Ladestationen
Zu einer effizienten Elektromobilität gehört eine gut ausgebaute Infrastruktur mit entsprechenden Ladestationen. Ein Kleinwagen verbraucht heute etwa 15 kWh bis 25 kWh pro 100 km. Mit der aktuell zur Verfügung stehenden Batterietechnik sind damit Reichweiten von etwa 200km möglich. Zwar sind 80 % der Fahrten in Deutschland kürzer als 60 km – und Entfernungen bis zu 100 km umfassen sogar 90 % aller Fahrten; eine flächendeckende Versorgung ist aber auf jeden Fall notwendig, wenn eine große Akzeptanz für Elektrofahrzeuge erreicht werden soll.
Die Dipl.-Ing. H. Vrielmann GmbH aus Nordhorn hat zusammen mit einem Partner aus den Niederlanden die alltagstaugliche Ladestation ICU Twin für Elektrofahrzeuge entwickelt. Das mittelständische Unternehmen, das seit 1976 in den Bereichen Schaltanlagenbau und Kompakttrafostationen tätig ist, hat im vergangenen Jahr mit 65 Mitarbeitern einen Umsatz von rund 10 Mio. € erwirtschaftet. „Die Anforderungen, die an solche Ladestationen gestellt werden, sind sehr umfangreich“, erklärt Simon Evenblij, der als Leiter Kundenbetreuung bei Vrielmann für die Vermarktung der Ladesäulen verantwortlich ist (Bild 1). Die Ladestationen sollen einfach zu bedienen sein und, da sie häufig im öffentlichen Bereich aufgestellt werden, Sicherheit gegenüber Vandalismus bieten. „Auch der Anschluss einer solchen Ladestation“, so S. Evenblij weiter, „erfordert ein entsprechendes Know-how.“ Schließlich müssen die Vorschriften des jeweiligen Energieversorgungsunternehmens (EVU) erfüllt werden, damit eine Ladestation in Betrieb gehen kann. Durch seine langjährige Erfahrung in den Bereichen Trafostationen und Schaltanlagen kann das Unternehmen hier auf ein umfassendes Know-how zurückgreifen. Dieses Know-how war einer der Gründe, warum der niederländische Partner mit Vrielmann in diesem Bereich eine Kooperation anstrebte.

Schnellladung möglich
Die ICU-Ladestationen sind nicht nur technisch ausgereift, sondern überzeugen auch durch ein ansprechendes Design (Bild 2). Bei der Verbindung zwischen Fahrzeug und Ladestation vertraut man bei Vrielmann auf den Ladestecker von Mennekes, der der VDE-AR-E 2623-2-2 entspricht. Mit diesem Steckverbinder sind verschiedene Lademodi mit Strömen bis zu 125 A bei 600 V Gleichstrom möglich. Dadurch kann eine entsprechend schnelle Ladung der Batterien realisiert werden. Neben der reinen Energieübertragung lassen die Steckverbinder auch eine Kommunikation zwischen Fahrzeug und Ladestation zu. Neben diesem Schnelllademodus beherrschen die ICU-Ladestationen aber auch alle anderen in den Normen aufgeführten Lademodi.

Zentrale Abrechnung
Die ICU-Ladestationen sind mit Datenfernübertragung ausgestattet, die es erlaubt, die Abrechnung des Ladevorgangs zentral vorzunehmen. Die Strommengen werden dabei innerhalb der Ladestation mit elektronischen Wirkstromzählern von Finder erfasst (Bild 3). Die elektronischen Wirkstromzähler der Serie 7E sind für Wechselstrom oder Drehstrom, direkte Messung oder über Wandleranschluss zur Zähler-Fernauslesung des Energieverbrauchs geeignet (Bild 4). Die Energiezähler erfüllen die Genauigkeitsanforderungen der Klasse B nach DIN EN 50470-1. Eine multifunktionale LCD-Anzeige zeigt den Gesamtverbrauch, den Teilverbrauch (rückstellbar) und die Momentanwerte an, beispielsweise Leistung pro Einzeleiter oder aller Leiter, Spannung pro Leiter, Strom pro Leiter. Der Energieverbrauch lässt sich über die integrierte S0-Schnittstelle nach DIN EN 62053-31 ausgeben. Pro Ladestation gibt es jeweils zwei Wirkstromzähler, sodass zwei Fahrzeuge gleichzeitig ihre Batterien laden können. Die Steuerung der Ladestation liest die Verbrauchwerte der Zähler aus und überträgt sie per Mobilfunk (GPRS) an eine Leitstelle zur Abrechnung.

Vrielmann liefert nicht nur die ICU-Ladestationen, sondern bietet dem Kunden gleich eine komplette Lösung inklusive einer Verwaltungsplattform zur Abrechnung an. Der Kunde, der sein Elektrofahrzeug laden will, muss dabei zuvor registriert sein und identifiziert sich an der Station über NFC-Technologie (Near Field Communication). Dies ist sowohl über eine Kundenkarte oder auch über ein Mobiltelefon, das die entsprechende Technologie unterstützt, möglich. Erst nach einer Autorisierung und nachdem der Stecker eingesteckt ist, fließt Strom, um die Batterien im Fahrzeug zu laden. Nach Abschluss des Ladevorgangs meldet sich der Kunde wieder von der Ladestation ab und kann den Stecker abziehen. Anschließend werden die Daten, wie geflossene Strommenge und Ladezeit, an die zentrale Leitstelle übertragen, sodass eine Abrechnung mit dem Kunden erfolgen kann. Der Kunde muss also den Ladevorgang nicht direkt bezahlen, sondern erhält beispielsweise monatlich eine Abrechnung seines Energieversorgers.

Hohe Zuverlässigkeit wichtig
Die Ladestationen vom Typ ICU sollen deutschlandweit eingesetzt werden. „Ein Service für die Stationen ist aufwendig und wäre natürlich mit hohen Kosten verbunden“, so S. Evenblij: „Daher sind wir darauf angewiesen, dass Zukaufteile auf keinen Fall ausfallen.“ Mit Finder hat man in den vergangenen Jahren schon sehr gute Erfahrungen gemacht. So bezieht man bei Vrielmann beispielsweise Relais immer von diesem Hersteller.
Die ersten Ladestationen sind bereits in Aachen und Düsseldorf installiert. Weitere sollen im Verlauf des Jahres folgen. Richtig in Fahrt kommen wird der Markt nach Überzeugung von Vrielmann, wenn auch alle deutschen Hersteller Elektrofahrzeuge im Angebot haben.

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Autor: Andreas Heck ist Produktmanager bei der Finder GmbH in Trebur-Astheim.